DE19832558B4

DE19832558B4 - Semiconductor arrangement with at least one semiconductor chip

Info

Publication number: DE19832558B4
Application number: DE19832558A
Authority: DE
Inventors: Jenö Tihanyi; Peter Sommer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: DE19832558A1; US6628491B1

Abstract

Halbleiteranordnung mit mindestens einem Halbleiterchip, der zumindest einen Leistungsschalter (3) und eine Ansteuerung (4) für den Leistungsschalter (3) aufweist, und mit einer Temperaturauswertung (5), die von zumindest einer ersten, mit dem Leistungsschalter (3) thermisch eng gekoppelten Temperaturerfassung (7) einen ersten Temperaturwert und von einer zweiten Temperaturerfassung (6) einen zweiten, von der Umgebung abhängigen, Temperaturwert empfängt, wobei die Temperaturauswertung (5) beim Erreichen einer, abhängig von dem zweiten Temperaturwert variierenden Schaltschwelle (SW1, SW2) durch den ersten Temperaturwert der Ansteuerung ein Schaltsignal (A) zuführt.A semiconductor device with at least one semiconductor chip, the at least one power switch (3) and a control (4) for having the circuit breaker (3), and with a temperature evaluation (5), of at least a first, with the power switch (3) thermally closely coupled temperature detection (7) a first temperature value and from a second temperature detection (6) a second, from dependent on the environment, Temperature value is received, wherein the temperature evaluation (5) when reaching a, depending on the second temperature value varying switching threshold (SW1, SW2) by the first temperature value of the control, a switching signal (A) feeds.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung gemäß Patentanspruch 1. Die Schaltungsanordnung weist eine Temperaturauswerteschaltung auf, die die Steuerschaltung bzw. die Last vor einer Übertemperatur schützen soll.The The invention relates to a semiconductor device according to claim 1. The circuit arrangement has a Temperaturauswerteschaltung that the control circuit or the load before an overtemperature protect should.

Leistungsschalter, die zum Schalten von Lasten z. B. Gleichstrommotoren, Asynchronmotoren oder ähnliches, eingesetzt werden, müssen einen Schutz vor Kurzschlüssen im Lastkreis aufweisen. Dies ist notwendig, da ansonsten der Leistungsschalter oder im schlimmsten Fall sogar die Last zerstört werden könnte.Circuit breakers, for switching loads z. B. DC motors, asynchronous motors or the like, be used protection against short-circuits have in the load circuit. This is necessary because otherwise the circuit breaker or in the worst case, even the load could be destroyed.

Zu diesem Zweck werden die Leistungsschalter z. B. mit einem oder mehreren Temperatursensoren versehen, deren Signale von einer Auswerteschaltung ausgewertet werden und beim Auftreten eines Kurzschlusses, der einen starken Temperaturanstieg im Leistungsschalter zur Folge hat, den Leistungsschalter abschalten. Bei Überschreiten eines bestimmten Temperaturwertes wird der Leistungsschalter abgeschaltet und somit eine Zerstörung verhindert.To For this purpose, the circuit breaker z. B. with one or more Temperature sensors provided, the signals from an evaluation circuit be evaluated and when a short circuit, the one strong temperature rise in the circuit breaker has the consequence Switch off circuit breaker. When exceeding a certain Temperature value, the circuit breaker is turned off and thus a destruction prevented.

In B. Morari, F. Bertotti, G. A. Vignola (Herausgeber), Smart Power IC's, Technologys and Applications, Springer Verlag 1996, Seite 85 ff. sind Leistungsschalter beschrieben, die zu ihrem Schutz einen Sensor aufweisen. Hierzu ist auf dem Halbleiterchip des Leistungsschalters ein Sensorchip aufgeklebt. Der Sensorchip ist mit dem Leistungsschalter elektrisch verbunden, wobei die Verschaltung zwischen Gateelektrode des Leistungsschalters und Sourceelektrode vorgenommen ist. Der Sensorchip ist dabei als Thyristor ausgeführt, der bei einer vorgegebenen Temperatur von 150° Celsius anspricht, und den Leistungsschalter bei Überschreiten dieser Temeperaturgrenze abschaltet. Der Sensorchip ist folglich gut wärmeleitend mit dem Leistungsschalter verbunden.In B. Morari, F. Bertotti, G.A. Vignola (Editor), Smart Power IC's, Technologys and Applications, Springer Verlag 1996, page 85 ff. Are circuit breakers described having a sensor for their protection. For this is on the semiconductor chip of the circuit breaker a sensor chip glued. The sensor chip is electrical with the circuit breaker connected, wherein the interconnection between the gate electrode of the circuit breaker and source electrode is made. The sensor chip is as Thyristor running, which responds at a predetermined temperature of 150 ° Celsius, and the Circuit breaker when exceeded switches off this Temeperaturgrenze. The sensor chip is therefore good thermal conductivity connected to the circuit breaker.

Es sind weiterhin Leistungsschalter bekannt, bei denen ein Dioden- oder ein Transistorsensor in der Nähe der heißesten Stelle des Leistungsschalters integriert sind. Das Signal des Sensors wird dann von einer Auswerteschaltung so verarbeitet, daß die Abschaltung des Leistungsschalters oder zumindest eine Leistungsreduzierung erfolgt, sobald die am Sensor anliegende Temperatur eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Normalerweise liegen die Schaltschwellen zwischen 150° Celsius und 180° Celsius.It Circuit breakers are still known in which a diode or a transistor sensor near the hottest point of the circuit breaker are integrated. The signal of the sensor is then from an evaluation circuit processed so that the shutdown of the circuit breaker or at least a power reduction takes place as soon as the temperature applied to the sensor exceeds a predetermined threshold. Normally the switching thresholds are between 150 ° Celsius and 180 ° Celsius.

Trotz einer engen thermischen Kopplung zwischen dem Leistungsschalter und dem Sensor liegt am Sensor aufgrund einer thermischen Trägheit die tatsächliche am Leistungsschalter anliegende Temperatur etwas später an. Dies heißt, der Sensor reagiert etwas verspätet. Dieses zeitliche, verzögerte Ansprechen des Sensors ist umso ausgeprägter, je niedriger die Temperaturen des das Halbleiterbauelement umgebenden Gehäuses sind. Es ist deshalb möglich, daß z. B. bei einer hohen Kurzschlußleistung das Halbleiterbauelement bei niedrigen Gehäusetemperaturen zerstört wird, während bei höheren Gehäusetemperaturen der Sensor den Leistungsschalter noch rechtzeitig abschalten oder die Leistung reduzieren kann. Die Gehäusetemperatur wird stark von der Umgebungstemperatur beeinflußt.In spite of a close thermal coupling between the circuit breaker and the sensor is at the sensor due to a thermal inertia of the actual temperature applied to the circuit breaker a little later. This means The sensor reacts a bit late. This temporal, delayed response the sensor is all the more pronounced the lower the temperatures of the semiconductor device surrounding housing are. It is therefore possible that z. B. at a high short-circuit power the semiconductor device is destroyed at low housing temperatures, while at higher housing temperatures the sensor switches the circuit breaker off in good time or can reduce the power. The case temperature is strongly of the ambient temperature.

Aus der DE 41 22 653 C1 ist eine steuerbare Halbleiterschalteinrichtung mit integrierter Strombegrenzung und einer Übertemperaturabschaltung bekannt. Die in diesem Dokument beschriebene Problematik ist darin zu sehen, dass ein Temperatursensor aus technologischen Gründen nur am Rand der Halbleiterstruktur angebracht werden kann, die den eigentlichen Leistungsschalter bildet. Im Kurzschlussfalle fällt in den einzelnen MOS-Schaltzellen des Leistungsschalter eine hohe Verlustleistung an. Hierdurch steigt zunächst nur die Tempe ratur der MOS-Schaltzellen. Die Temperatur der Chip-Umgebung und in soweit auch die eines in gewisser Entfernung davon angeordneten Temperatursensors folgt somit nur mit einer gewissen Verzögerung, bedingt durch endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Temperatur aufgrund endlicher Wärmeleitung. Dabei sieht dieses Dokument vor, die MOS-Schaltzellen in zwei parallel geschalteter Halbleiterschalter aufzuteilen, wobei einer der beiden Halbleiterschalter eine wesentlich geringere Anzahl an Schaltzellen aufweist. Diese Schaltzellen umschließen bzw. umfassen den Temperatursensor.From the DE 41 22 653 C1 is a controllable semiconductor switching device with integrated current limiting and overtemperature shutdown known. The problem described in this document can be seen in the fact that a temperature sensor for technological reasons can only be attached to the edge of the semiconductor structure, which forms the actual circuit breaker. In the event of a short circuit, a high power loss occurs in the individual MOS switch cells of the circuit breaker. As a result, initially only increases the temperature of the MOS switching cells Tempe. The temperature of the chip environment and in so far as a temperature sensor arranged at a certain distance therefrom thus follows only with a certain delay, due to finite propagation speed of the temperature due to finite heat conduction. In this case, this document provides to divide the MOS switching cells in two parallel-connected semiconductor switches, wherein one of the two semiconductor switches has a substantially smaller number of switching cells. These switch cells enclose or comprise the temperature sensor.

Aus der US 5,115,371 ist ein Schutzschalter bekannt, der eine Mehrzahl an stromdurchflossene elektrischen Kontakten aufweist. Der Strom durch die elektrischen Kontakte wird gemessen um hieraus Informationen über einen Temperaturanstieg zu erhalten. Heraus wird eine Zeitverzögerung berechnet, wann der Schutzschalter auslösen, d.h. den Stromfluss unterbrechen soll. Um auch den Temperaturverlauf der Vergangenheit berücksichtigen zu können und einen gefährlichen Temperaturanstieg des Gesamtsystem zu vermeiden, ist vorgesehen, Temperatursensoren in der Nähe der elektrischen Kontakte und in einer kalten Zone des Gehäuses des Schutzschalters anzuordnen. Die thermische Kapazität des Gehäuses des Schutzschalters wird somit benutzt, um den thermischen Zustand des Systems zu simulieren und zu schützen. Die an kalten bzw. warmen Stelle im Gehäuse angeordneten Temperatursensoren verbessern somit lediglich die Funktion des beschriebenen Schutzschalters.From the US 5,115,371 a circuit breaker is known which has a plurality of current-carrying electrical contacts. The current through the electrical contacts is measured to obtain information about a temperature increase. Out a time delay is calculated when the circuit breaker trigger, that is to interrupt the flow of current. In order to be able to take into account the temperature history of the past and to avoid a dangerous increase in temperature of the entire system, it is envisaged to arrange temperature sensors in the vicinity of the electrical contacts and in a cold zone of the housing of the circuit breaker. The thermal capacity of the case of the circuit breaker is thus used to simulate and protect the thermal condition of the system. The arranged in cold or warm place in the housing temperature sensors thus improve only the function of the circuit breaker described.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Halbleiteranordnung mit mindestens einem Halbleiterchip zum Schalten einer elektrischen Last anzugeben, die einen verbesserten Schutz vor Zerstörung bietet.The It is therefore an object of the present invention to provide a semiconductor device with at least one semiconductor chip for switching an electrical Specify load that provides improved protection against destruction.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These Task is solved with the features of claim 1.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.refinements The invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen, das eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer elektrischen Last aufweist mit einer Steuerschaltung, die mindestens einen Leistungsschalter mit einer Ansteuerung beinhaltet. Über diese Steuerschaltung kann der Last ein Strom zugeführt werden. Weiterhin weist das Halbleiterbauelement mindestens eine mit dem Leistungsschalter thermisch eng gekoppelte Temperaturerfassung auf sowie eine Temperaturauswerteschaltung, die abhängig vom Signal der thermisch eng gekoppelten Temperaturerfassung den Leistungsschalter steuert. Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke besteht darin, daß das Halbleiterbauelement eine weitere Temperaturerfassung aufweist, wobei die Temperaturauswerteschaltung ein von der Temperatur der thermisch eng gekoppelten Temperaturerfassung und der weiteren Temperaturerfassung erzeugt und dieses der Ansteuerung zuführt.According to the invention is a Semiconductor device proposed, which is a circuit arrangement for Driving an electrical load having a control circuit, which includes at least one circuit breaker with a drive. About these Control circuit, the load can be supplied with power. Further points the semiconductor device at least one thermally with the power switch tightly coupled temperature detection and a temperature evaluation circuit, the dependent from the signal of thermally close coupled temperature sensing the Circuit breaker controls. The idea underlying the invention is that the Semiconductor device has a further temperature detection, wherein the Temperaturauswerteschaltung one of the temperature of the thermally closely coupled temperature detection and the further temperature detection generated and this feeds the control.

Der Temperatursensor der ersten, thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelten Temperaturerfassung kann z. B. ein Thyristor, ein Flipflop oder eine beliebige andere Logikschaltung sein. Die thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelte Temperaturerfassung kann dabei als seperater Halbleiterchip ausgeführt sein, die über eine isolierende, gut wärmeleitende Schicht auf den Leistungsschalter aufgebracht ist. Es ist jedoch auch denkbar, daß die thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelte Temperaturerfassung und der Leistungsschalter monolithisch integriert sind. Der Vorteil besteht darin, daß der Leistungsschalter und die Temperaturerfassung in einem einzigen Herstellungsschritt gefertigt werden können und eine optimale Plazierung der Temperaturerfassung in dem Leistungsschalter möglich ist.Of the Temperature sensor of the first, thermally tight with the circuit breaker coupled temperature detection can z. B. a thyristor, a flip-flop or be any other logic circuit. The thermally tight with The circuit-breaker coupled temperature detection can thereby be designed as a separate semiconductor chip, which has a insulating, good thermal conductivity Layer is applied to the circuit breaker. However, it is also conceivable that the thermal closely coupled with the circuit breaker temperature sensing and the circuit breaker are monolithically integrated. The advantage is that the Circuit breaker and temperature sensing in a single Manufacturing step can be made and optimal placement the temperature detection in the circuit breaker is possible.

Die weitere Temperaturerfassung der Erfindung erzeugt ein von der Umgebung abhängiges Signal, das an die Temperaturauswerteschaltung geliefert wird. Dadurch wird erzielt, daß die Umgebungstemperatur, die den Zeitpunkt des Ansprechens der Ansteuerung beeinflußt, mitberücksichtigt werden kann. In einer anderen Ausgestaltung liefert die weitere Temperaturerfassung ein von der Gehäusetemperatur abhängiges Signal. In einer weiteren Ausgestaltung liefert die weitere Temperaturerfassung ein von der Leadframetemperatur abhängiges Signal. Auch hierdurch wird erzielt, daß die Umgebung des Halbleiterbauelementes berücksichtigt wird.The further temperature sensing of the invention generates one from the environment dependent Signal supplied to the temperature evaluation circuit. Thereby is achieved that the Ambient temperature, which is the timing of the activation of the drive affected taken into account can be. In another embodiment, the other provides Temperature detection a signal dependent on the case temperature. In a further embodiment provides the further temperature detection a signal dependent on the leadframe temperature. Also by this is achieved that the Environment of the semiconductor device is taken into account.

Wird das Halbleiterbauelement in einer sehr kalten Umgebung betrieben, so ist die Gehäuse- bzw. die Leadframetemperatur ebenfalls niedrig. Diese niedrige Temperatur wirkt sich auf den thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelte Temperaturerfassung aus. Tritt ein Kurzschluß im Lastkreis auf, so erwärmt sich der Leistungsschalter sehr schnell. Da die thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelte Temperaturerfassung mit einer gewissen Trägheit auf die Erwärmung des Leistungsschalters folgt, wird diese Verzögerungszeit durch die niedrige Gehäusetemperatur verlängert. Eine Beschädigung des Leistungsschalters oder sogar der Last könnte auftreten. Aufgrund der weiteren Temperaturerfassung, die die Umgebungstemperatur bzw. die Gehäuse-/Leadrametemperatur berücksichtigt, wird die Temperaturschwelle in der Temperaturauswerteschaltung so beeinflußt, daß bei einem niedrigen Signalwert der weiteren Temperaturerfassung die Abschaltung bzw. Leistungsreduzierung des Leistungsschalters bei einer geringeren Temperatur der thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelten Temperaturerfassung erfolgt. Wird das Halbleiterbauelement hingegen bei einer hohen Umgebungstemperatur betrieben, so kann die thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelte Temperaturerfassung schneller ansprechen, und der Leistungsschalter kann somit bei einer höheren Temperaturschwelle abgeschaltet werden.Becomes the semiconductor device is operated in a very cold environment, so is the case or the lead frame temperature is also low. This low temperature affects the thermally coupled with the circuit breaker Temperature detection off. If a short circuit occurs in the load circuit, it heats up the circuit breaker very fast. Since the thermally closely with the Circuit breaker coupled temperature sensing with a certain inertia on the warming of the circuit breaker, this delay time is due to the low case temperature extended. A damage of the circuit breaker or even the load could occur. Due to the further temperature detection, the ambient temperature or the Housing / Leadrametemperatur considered, the temperature threshold in the Temperaturauswerteschaltung so affected that at a low signal value of the further temperature detection the Shutdown or power reduction of the circuit breaker at a lower temperature of thermally close to the circuit breaker coupled temperature detection takes place. Will the semiconductor device however, operated at a high ambient temperature, so can the thermally closely coupled with the circuit breaker temperature sensing faster respond, and the circuit breaker can thus be switched off at a higher temperature threshold become.

Das Halbleiterbauelement ist derart ausgelegt, daß die Ansteuerung den Leistungsschalter abhängig von dem Signal der weiteren Temperaturerfassung derart steuert, daß bis zu einem ersten Signalwert eine erste Schaltschwelle maßgeblich ist und daß über einem zweiten Signalwert eine zweite Schaltstelle maßgeblich ist. Dabei ist die erste Schaltschwelle kleiner als die zweite Schaltschwelle. Dies bedeutet nichts anderes, als daß die Ansteuerung den Leistungsschalter derart steuert, daß abhängig von der weiteren Temperaturerfassung (z. B. Umgebungstemperatur) bei einem niedrigen Signalwert die Abschaltschwelle einen niedrigen Wert annimmt, während bei einem hohen Signalwert der weiteren Temperaturerfassung der Leistungsschalter erst bei einem höheren Wert der thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelten Temperaturerfassung abgeschalten wird.The Semiconductor device is designed such that the drive the power switch dependent of the signal of the further temperature sensing controls such that until a first switching threshold is decisive for a first signal value is and that over one second signal value, a second switching point is decisive. It is the first switching threshold smaller than the second switching threshold. This means nothing else than that the Control the power switch controls such that depending on the further temperature detection (eg ambient temperature) a low signal value, the shutdown threshold a low Takes value while at a high signal value of the further temperature detection of Circuit breaker only at a higher value of thermally tight switched off with the circuit breaker coupled temperature detection becomes.

In einer Ausgestaltung ist der erste Signalwert dabei kleiner als der zweite Signalwert. Das bedeutet, wird das Halbleiterbauelement bei einer niedrigen ermittelten Temperatur der weiteren Temperaturerfassung betrieben, wird bis zu einem ersten Signalwert bei einer niedrigen Schaltschwelle (Temperatur der thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelten Temperaturerfassung) der Leistungsschalter abgeschalten. Überschreitet die Temperatur der weiteren Temperaturerfassung diesen ersten Signalwert, so wird die Schaltschwelle linear mit dem Ansteigen dieses Temperatursignals nach oben gesetzt. Bei Erreichen eines zweiten Signalwertes, der größer als der erste Signalwert ist (eine größere Temperatur als die Temperatur des ersten Signalwertes) wird der Leistungsschalter bei einer zweiten Schaltschwelle abgeschaltet, die höher als die erste Schaltschwelle liegt.In one embodiment, the first signal value is smaller than the second signal value. That is, when the semiconductor device is operated at a low detected temperature of further temperature sensing, up to a first sig At a low switching threshold (temperature of the thermocouple closely coupled with the circuit breaker temperature detection) of the circuit breaker. If the temperature of the further temperature detection exceeds this first signal value, then the switching threshold is set up linearly with the rise of this temperature signal. Upon reaching a second signal value which is greater than the first signal value (a greater temperature than the temperature of the first signal value), the power switch is turned off at a second switching threshold, which is higher than the first switching threshold.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Signalwert gleich dem zweiten Signalwert. Dies bedeutet, daß bis zum Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur der weiteren Temperaturerfassung der Leistungsschalter bei einer niedrigen Schaltschwelle abgeschalten wird, um dann bei Überschreiten des ersten Signalwertes bei einer zweiten, höheren Schaltschwelle der thermisch eng mit dem Leistungsschalter gekoppelten Temperaturerfassung abgeschaltet zu werden.In In another embodiment, the first signal value is equal to second signal value. This means that until reaching a certain limit temperature the further temperature detection of the circuit breaker at a low switching threshold is turned off, and then when exceeded of the first signal value at a second, higher switching threshold of the thermal switched off with the circuit breaker coupled temperature detection to become.

Der Vorteil, den Leistungsschalter abhängig von einem Temperatursignal, das eng mit dem Leistungsschalter gekoppelt ist, und gleichzeitig von einem weiteren Temperatursignal das die äußeren Umgebungseinflüsse des Leistungsschalters berücksichtigt, zu betreiben, besteht darin, daß die Kurzschlußfestigkeit auch bei kalten Umgebungstemperaturen gewährleistet ist. Gleichzeitig ist aber auch bei hohen Umgebungstemperaturen eine volle Funktion des Halbleiterbauelements gewährleistet. Die Ausfallsicherheit des Leistungsschalters und der damit betriebenen Last ist somit verbessert.Of the Advantage, the circuit breaker depending on a temperature signal, which is tightly coupled to the circuit breaker, and simultaneously from a further temperature signal that the external environmental influences of Circuit breaker taken into account, to operate, is that the Short circuit resistance is guaranteed even at cold ambient temperatures. simultaneously but is also at high ambient temperatures a full function of the semiconductor device ensured. The reliability of the circuit breaker and the so operated Load is thus improved.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der 1 und 2a–2c näher erläutert.The invention will be described below with reference to the 1 and 2a - 2c explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 die prinzipielle Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements und 1 the basic circuit arrangement of the semiconductor device according to the invention and

2a–2c jeweils einen prinzipiellen Verlauf der Abschaltschwelle des Leistungsschalters abhängig von der ersten und zweiten Temperaturerfassung. 2a - 2c in each case a basic course of the turn-off of the circuit breaker depending on the first and second temperature detection.

1 zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements. Die Schaltungsanordnung weist eine Energieversorgung mit einem ersten Versorgungsanschluß 8 und einem zweiten Versorgungsanschluß 9 auf. Der zweite Versorgungsanschluß 9 liegt auf einem festen Potential z. B. Masse. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin eine Steuerschaltung 2, die mit dem ersten Versorgungsanschluß 8 und mit dem zweiten Versorgungsanschluß 9 verbunden ist, auf. Zwischen der Steuerschaltung 2 und dem zweiten Versorgungsan schluß 9 ist eine Last 1 geschaltet. Die Last 1 kann ein Gleichstrommotor, ein Asynchronmotor, eine Lampe oder eine beliebige andere Last sein. Die Steuerschaltung 2 weist einen Leistungsschalter 3 auf, der im gezeigten Fall als MOSFET ausgeführt ist. Der MOSFET 3 weist eine Gateelektrode G sowie eine Drain- und eine Sourceelektrode D, S auf. Mit der Sourceelektrode S ist ein Anschluß der Last 1 verbunden. Die Drainelektrode D des Leistungsschalters 3 ist mit dem ersten Versorgungsanschluß 8 verbunden. Der Gateanschluß G des Leistungsschalters 3 ist mit einer Ansteuerung 4 verbunden. Die Ansteuerung 4 beinhaltet eine Ladungspumpe, die eine positive Spannung erzeugt, die höher als die am ersten Versorgungsanschluß 8 anliegende Spannung ist. Die Ansteuerung 4 ist zwischen dem ersten Versorgungsanschluß 8 und dem zweiten Versorgungsanschluß 9 geschalten. Die dargestellte Anordnung stellt einen sogenannten High-Side-Schalter dar. Die Erfindung kann jedoch auch als sogenannter Low-Side-Schalter ausgeführt sein. Weiterhin weist die Schaltungsanordnung eine Temperaturerfassung 7 auf, die in enger thermischer Kopplung mit dem Leistungsschalter 3 steht. Die Temperaturerfassung 7 und der Leistungsschalter 3 können dabei monolithisch integriert sein. Es ist jedoch auch eine diskrete Anordnung denkbar, indem die Temperaturerfassung 7 (separater Halbleiterchip) auf den Halbleiterchip des Leistungsschalters 3 mittels einer isolierenden Schicht aufgebracht ist und dabei in guter thermischer Kopplung steht. Die Temperaturerfassung 7 liefert ein von der Temperatur des Leistungsschalters 3 abhängiges Signal, das an eine Temperaturauswerteschaltung 5 geliefert wird. Die Temperaturauswerteschaltung 5 ist weiterhin mit der Ansteuerung 4 verbunden, um bei Überschreiten eines bestimmten eingestellten Schwellenwertes den Leistungsschalter 3 abzuschalten oder aber die Leistung zu reduzieren. Weiterhin weist die Schaltungsanordnung eine weitere Temperaturerfassung 6 auf, die ebenfalls mit der Temperaturauswerteschaltung 5 verbunden ist. Die Ansteuerung 4 sowie die Temperaturauswerteschaltung 5 können ebenfalls in monolithisch integrierter Weise ausgeführt sein. Eine Integration mit dem Lei stungsschalter 3 und der Temperaturerfassung 7 auf dem gleichen Substrat ist denkbar. Die Ansteuerung 4 weist weitere Ein- und Ausgänge auf, die z. B. ein vom Status des Leistungsschalters 3 abhängiges Signal an eine Logikschaltung liefern können. 1 shows the basic circuit arrangement of the semiconductor device according to the invention. The circuit arrangement has a power supply with a first supply terminal 8th and a second supply terminal 9 on. The second supply connection 9 is at a fixed potential z. B. mass. The circuit arrangement furthermore has a control circuit 2 that with the first supply connection 8th and with the second supply terminal 9 is connected. Between the control circuit 2 and the second supply circuit 9 is a burden 1 connected. Weight 1 may be a DC motor, an asynchronous motor, a lamp, or any other load. The control circuit 2 has a circuit breaker 3 on, which is executed in the case shown as a MOSFET. The MOSFET 3 has a gate electrode G and a drain and a source electrode D, S. With the source electrode S is a terminal of the load 1 connected. The drain electrode D of the circuit breaker 3 is with the first supply connection 8th connected. The gate terminal G of the circuit breaker 3 is with a drive 4 connected. The control 4 includes a charge pump which generates a positive voltage higher than that at the first supply terminal 8th voltage is applied. The control 4 is between the first supply connection 8th and the second supply terminal 9 switched. The arrangement shown represents a so-called high-side switch. However, the invention can also be embodied as a so-called low-side switch. Furthermore, the circuit arrangement has a temperature detection 7 on, in close thermal coupling with the circuit breaker 3 stands. The temperature detection 7 and the circuit breaker 3 can be monolithically integrated. However, it is also a discrete arrangement conceivable by the temperature detection 7 (separate semiconductor chip) on the semiconductor chip of the circuit breaker 3 is applied by means of an insulating layer and is in good thermal coupling. The temperature detection 7 provides one of the temperature of the circuit breaker 3 dependent signal to a temperature evaluation circuit 5 is delivered. The temperature evaluation circuit 5 is still with the drive 4 connected to the circuit breaker when a certain set threshold is exceeded 3 switch off or reduce the power. Furthermore, the circuit arrangement has a further temperature detection 6 on, which also with the Temperaturauswerteschaltung 5 connected is. The control 4 as well as the temperature evaluation circuit 5 may also be implemented in monolithic integrated manner. An integration with the power switch 3 and the temperature detection 7 on the same substrate is conceivable. The control 4 has further inputs and outputs, the z. As one of the status of the circuit breaker 3 can supply dependent signal to a logic circuit.

Die gesamte Steuerschaltung 2 ist auf einem Leadframe aufgebracht, wobei die gesamte Anordnung von einem umhüllenden Gehäuse,
z. B. aus Preßmasse umgeben ist.The entire control circuit 2 is mounted on a leadframe, the entire assembly of an enveloping housing,
z. B. surrounded by molding compound.

Die Temperaturerfassung 6 liefert ein von der Gehäusetemperatur bzw. der Leadframetemperatur abhängiges Signal an die Temperaturauswerteschaltung 5. Die Temperaturerfassung 6 ist deshalb entweder in die umhüllende Gehäusemasse eingelassen oder aber auf dem Leadframe befestigt. In einer Ausgestaltung, in der die Temperaturerfassung 6 ein von der Umgebung abhängiges Temperatursignal an die Temperaturauswerteschaltung 5 liefert, ist die Temperaturerfassung 6 aus dem umgebenden Gehäuse herausgeführt.The temperature detection 6 delivers one from the Housing temperature or the lead frame temperature dependent signal to the temperature evaluation circuit 5 , The temperature detection 6 is therefore either embedded in the enclosing housing ground or fixed on the leadframe. In an embodiment in which the temperature detection 6 a dependent of the environment temperature signal to the Temperaturauswerteschaltung 5 supplies, is the temperature detection 6 led out of the surrounding housing.

Die Temperaturauswerteschaltung 5 liefert ein Signal an die Ansteuerung 4, welches abhängig ist von den Signalen der Temperaturerfassung 7, die in enger thermischer Kopplung mit dem Leistungsschalter 3 steht, sowie der Temperaturerfassung 6, die ein ungefähr von der Temperatur der Umgebung abhängiges Signal liefert.The temperature evaluation circuit 5 provides a signal to the drive 4 which depends on the signals of the temperature detection 7 in close thermal coupling with the circuit breaker 3 stands, as well as the temperature detection 6 , which provides an approximately dependent on the temperature of the environment signal.

2a–2c zeigen den prinzipiellen Verlauf der Abschaltschwelle des Leistungsschalters 3 in Abhängigkeit der Temperatursignale der Temperaturerfassungen 6 und 7. Dabei ist jeweils das Temperatursignal der Temperaturerfassung 7, d. h. der thermisch eng mit dem Leistungsschalter 3 gekoppelten Temperaturerfassung, mit dem Temperatursignal der Temperaturerfassung 6, z. B. der Umgebungstemperatur, dargestellt. 2a - 2c show the basic course of the switch-off threshold of the circuit breaker 3 depending on the temperature signals of the temperature measurements 6 and 7 , In each case, the temperature signal of the temperature detection 7 ie thermally close to the circuit breaker 3 coupled temperature detection, with the temperature signal of the temperature detection 6 , z. B. the ambient temperature shown.

In 2a ist die Abschaltschwelle des Leistungsschalters 3 in einer rampenförmigen Form in der Temperaturauswerteschaltung 5 gespeichert. Bis zu einem ersten Signalwert S1, der beispielsweise im Temperaturbereich unter plus 50° Celsius liegt, wird der Leistungsschalter 3 bei einer ersten Schaltschwelle SW1 abgeschaltet. Die erste Schaltschwelle SW1 stellt dabei das von der thermisch eng mit dem Leistungsschalter 3 gekoppelten Temperaturerfassung 7 dar. Der Wert der ersten Schaltschwelle SW1 kann dabei ca. 150° Celsius betragen. Liefert die Temperaturerfassung 6 ein Signal, das über einem zweiten Signalwert S2 liegt (z. B. ab 100° Celsius), so wird der Leistungsschalter 3 bei einer zweiten Schaltschwelle SW2, die höher als die erste Schaltschwelle SW1 liegt, abgeschaltet. Die zweite Schaltschwelle SW2 kann dabei in einem Bereich um 180° Celsius liegen. Liefert die Temperaturerfassung 6 einen Signalwert, der zwischen dem ersten und dem zweiten Signalwert S1, S2 liegt, so liegt die Abschaltschwelle des Leistungsschalters 3 zwischen der ersten und der zweiten Schaltschwelle SW1, SW2. Der Vorteil dieser Auswertung besteht darin, daß bei einer niedrigen Umgebungstemperatur T6 der Leistungsschalter bereits bei einer kleineren Temperatur der Temperaturerfassung 7 abgeschaltet wird. Die durch die geringe Umgebungstemperatur bedingte längere Reaktionszeit der Temperaturerfassung 7 kann durch diese Vorgehensweise ausgeglichen werden. Durch eine entsprechende Auswahl des ersten und zweiten Signalwertes S1, S2 sowie der ersten und der zweiten Schaltschwelle SW1, SW2 kann je nach Einsatzgebiet des Halbleiterbauelementes die Kurzschlußfestigkeit unabhängig von den äußeren Umgebungsbedingungen gewährleistet werden.In 2a is the switch-off threshold of the circuit breaker 3 in a ramped form in the temperature evaluation circuit 5 saved. Up to a first signal value S1, which is, for example, in the temperature range below plus 50 ° Celsius, the circuit breaker 3 switched off at a first switching threshold SW1. The first switching threshold SW1 sets the thermally close to the circuit breaker 3 coupled temperature detection 7 The value of the first switching threshold SW1 can be approximately 150 ° Celsius. Supplies the temperature detection 6 a signal that is above a second signal value S2 (eg, from 100 ° Celsius), so the circuit breaker 3 at a second switching threshold SW2, which is higher than the first switching threshold SW1, turned off. The second switching threshold SW2 can be in a range of 180 ° Celsius. Supplies the temperature detection 6 a signal value which lies between the first and the second signal value S1, S2, then lies the turn-off threshold of the circuit breaker 3 between the first and the second switching threshold SW1, SW2. The advantage of this evaluation is that at a low ambient temperature T6, the circuit breaker already at a lower temperature of temperature detection 7 is switched off. The longer reaction time of the temperature detection due to the low ambient temperature 7 can be compensated by this procedure. By appropriate selection of the first and second signal value S1, S2 and the first and the second switching threshold SW1, SW2, the short-circuit strength can be ensured independently of the external environmental conditions, depending on the field of application of the semiconductor component.

In 2b ist ein weiterer Verlauf der Abschaltschwelle des Leistungsschalters 3 dargestellt. Unterhalb eines ersten Signalwertes S1 wird der Leistungsschalter 3 bei einem Überschreiten der ersten Schaltschwelle SW1 abgeschaltet. Überschreitet das Signal der Temperaturerfassung 6 den ersten Signalwert, der gleich dem zweiten Signalwert ist, so wird der Leistungsschalter 3 über die Ansteuerung 4 beim Überschreiten einer zweiten Schaltschwelle SW2, die wiederum größer als die erste Schaltschwelle SW1 ist, abgeschaltet. Die Rbschaltschwelle nimmt in diesem Fall einen sprungförmigen Verlauf an.In 2 B is another course of the switch-off threshold of the circuit breaker 3 shown. Below a first signal value S1, the circuit breaker 3 switched off when exceeding the first switching threshold SW1. If the signal exceeds the temperature detection 6 the first signal value which is equal to the second signal value, then the circuit breaker 3 via the control 4 when a second switching threshold SW2, which in turn is greater than the first switching threshold SW1 is exceeded, is switched off. The Rbschaltschwelle takes in this case a jump-like course.

In 2c nimmt die Abschaltschwelle des Leistungsschalters 3 den Verlauf einer Hysterese an. Dieser Verlauf erfüllt zusätzlich die Sicherheit bezüglich eines Defekts sowohl des Leistungsschalters als auch der Last.In 2c takes the switch-off threshold of the circuit breaker 3 the course of a hysteresis. This curve additionally fulfills the safety with regard to a defect of both the circuit breaker and the load.

Die in den 2a–2c dargestellten Verläufe der Abschaltschwelle des Leistungsschalters sind nicht auf die gezeigten Formen begrenzt. Die Abschaltschwelle, vor allem der Verlauf zwischen den Signalwerten S1 und S2, kann vielmehr in jeder Form variiert werden, die für den vorgesehenen Einsatzzweck des Halbleiterbauelements geeignet ist.The in the 2a - 2c The curves of the turn-off threshold of the circuit breaker shown are not limited to the shapes shown. The switch-off threshold, above all the course between the signal values S1 and S2, can instead be varied in any form which is suitable for the intended intended use of the semiconductor component.

Die Zusammenführung der von der Temperaturerfassung 6 und der Temperaturerfassung 7 gelieferten Signale wird von der Temperaturauswerteschaltung 5 vorgenommen. Diese liefert ein Ausgangssignal A an die Ansteuerung 4, die dafür sorgt, daß der Leistungsschalter 3 entweder ausgeschaltet oder aber in seiner Leistung reduziert wird.The merging of the temperature detection 6 and the temperature detection 7 supplied signals is from the temperature evaluation circuit 5 performed. This supplies an output signal A to the drive 4 that ensures that the circuit breaker 3 either switched off or reduced in its performance.

Es ist selbstverständlich auch denkbar, daß der Leistungsschalter 3 mehr als die eine in 1 gezeigte thermisch eng mit ihm gekoppelte Temperaturfassung 7 aufweist.It is of course also conceivable that the circuit breaker 3 more than the one in 1 shown thermally closely coupled with him temperature 7 having.

Claims

Semiconductor device having at least one semiconductor chip, the at least one power switch ( 3 ) and a control ( 4 ) for the circuit breaker ( 3 ), and with a temperature evaluation ( 5 ), of at least a first, with the circuit breaker ( 3 ) thermally tightly coupled temperature sensing ( 7 ) a first temperature value and a second temperature detection ( 6 ) receives a second, dependent on the environment, temperature value, wherein the temperature evaluation ( 5 ) upon reaching a, depending on the second temperature value varying switching threshold (SW1, SW2) by the first temperature value of the control, a switching signal (A) supplies.

Semiconductor arrangement according to claim 1, wherein the at least one semiconductor chip is arranged on a leadframe and the second temperature detection ( 6 ) provides a second temperature value dependent on the leadframe temperature.

A semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor device is surrounded by a housing and the second temperature detection ( 6 ) provides a second temperature value dependent on the housing temperature.

Semiconductor arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein up to a first value (S1) of the second temperature detection ( 6 ) a first switching threshold (SW1) applies, and wherein above a second value (S2) of the second temperature sensing ( 6 ) applies a second switching threshold (SW2), wherein the first switching threshold (SW1) is smaller than the second switching threshold (SW2).

A semiconductor device according to claim 4, wherein the first value (S1) is smaller than the second value (S2).

A semiconductor device according to claim 4, wherein the first value (S1) is equal to the second value (S2).

Semiconductor arrangement according to one of claims 1 to 7, wherein the drive ( 4 ) and the evaluation circuit ( 5 ) are monolithically integrated.

Semiconductor arrangement according to one of the claims 1 to 6, wherein the line switch ( 3 ) and the first temperature detection ( 7 ) are monolithically integrated.